HC05 - Enzymologie: remming en allosterie

Question 1

Wat zijn allostere enzymen?

Answer 1

Enzymen met meerdere actieve centra en verschillende regulerende sites die de stroom van biochemicaliën door een metabolische route regelen. De katalytische activiteit wordt gereguleerd door omgevingssignalen, waaronder het eindproduct van de door het enzym geregelde metabolische route; de kinetiek ervan is complexer dan die van Michaelis-Menten-enzymen.

Question 2

Wat is het effect genaamd ‘feedback inhibition’?

Answer 2

Als er genoeg van een product is aan het eind van een metabole route geeft het laatste product negatieve feedback terug aan het eerste enzym dat aan het begin staat van de productie.

Question 3

Wat is er anders bij allostere enzymen t.o.v. andere enzymen m.b.t. de bindplaats van inhibitoren?

Answer 3

Bij andere enzymen wordt de omzetting geremd doordat een bepaald molecuul aan het actieve centrum bindt van het enzym, terwijl bij een allosteer enzym de regulerende moleculen aan andere centra zullen binden.

Question 4

Leg uit hoe twee metabole routes samenwerken om tot een product te komen

Answer 4

Er zijn hier twee metabole routes. Als er veel meer F dan I wordt gemaakt, stimuleert het overschot van F om meer I te produceren, en andersom. Als er een overschot van K is, zal K een negatieve feedback hebben op de enzymen bij A naar B en bij G naar H.

Question 5

Hoe verschilt de curve van een allosteer enzym t.o.v. een enzym dat de Michaelis-Menten kinetiek volgt?

Answer 5

Een allosteer enzym heeft een sigmoïdefunctie, het lijkt dus op een S.

Question 6

Wat is de L₀?

Answer 6

De allostere constante, oftewel de T/R ratio (tense/relaxed enzymes)

Question 7

Wat is een relaxt (R) allosteer enzym?

Answer 7

De actieve conformatie van het enzym die reacties katalyseert. Het heeft dus een hoge affiniteit voor het substraat, waardoor de Km laag is.

Question 8

Wat is een gespannen (tense, T) allosteer enzym?

Answer 8

Een allosteer enzym dat niet echt actief is. Het heeft dus een lage affiniteit voor het substraat, waardoor de Km hoog is.

Question 9

Wat is de verhouding tussen R en T enzymen als er geen substraat is en geen signaal moleculen?

Answer 9

Dan zijn R en T in evenwicht, waarin T stabieler is dan R en dus het meeste voorkomt

Question 10

Wat is altijd het geval met R en T sites op enzymen?

Answer 10

Alle sites op een enzym zijn hetzelfde; allemaal T of allemaal R. Deze vereiste heet de ‘symmetry rule’

Question 11

Wat doet het substraat met het evenwicht van T en R?

Answer 11

Het binden van het substraat aan een enzym verstoort het evenwicht van T en R ten gunste van R. Dit zorgt voor de snelle toename van V₀ in de grafiek.

Question 12

Wat is een ‘threshold effect’?

Answer 12

De activiteit van allostere enzymen is gevoeliger voor veranderingen in de substraatconcentratie in de buurt van Km dan die van Michaelis-Menten-enzymen met dezelfde Vmax.

Question 13

Wat doen negatieve en positieve effectoren met het T en R equilibrium?

Answer 13

Een negatieve effector bindt met T en stabiliseert T, waardoor de concentratie van T toeneemt en daarmee de kans dat een R met substraat bindt verkleint.

Een positieve effector bindt met R en stabiliseert R, waardoor de concentratie van R toeneemt en daarmee de kans dat een T met substraat bindt verkleint.

Question 14

Hoe heten de effecten van regulerende moleculen op allostere enzymen?

Answer 14

Heterotropische effecten. Zij verschuiven de sigmoïdale curve naar links (activatoren) of naar rechts (remmers).

Question 15

Hoe heten de effecten van de substraten op allostere enzymen?

Answer 15

Homotropische effecten. Zij zorgen voor het sigmoïdale karakter van de curve.

Question 16

Answer 16

Sequential model

Question 17

Noem 2 type remmers

Answer 17

• Irreversibele remmers: binden zeer sterk aan het enzym en remmen het permanent
• Reversibele remmers: remmen niet permanent

Question 18

Noem de 2 soorten reversibele remmers

Answer 18

• Competitieve remmers: binden aan de substraat-bindingsplaats
• Niet-competitieve remmers: binden op andere plaatsen dat de substraat-bindingsplaats

Question 19

Wat kun je over deze formule zeggen wanneer er een competitieve remmer aanwezig is?

Answer 19

• V_max is niet geremd, er is alleen meer substraat nodig om het te bereiken
• De bezettingsgraad is geremd
• Pas bij een hogere [S] wordt de half-maximale snelheid bereikt
• K_m is dus verhoogd

Question 20

Answer 20

Question 21

Noem 3 voorbeelden van allosterische regulatie van enzymen en andere eiwitten

Answer 21

• fosforylering - aan/uit zetten met fosfaat
• GTP-bindende eiwitten als bel en schakelaar
• Motor-eiwitten - beweging door vorm verandering

Question 22

Waar binden een allostere remmer en een allostere activator respectievelijk aan?

Answer 22

Aan de T-vorm en aan de R-vorm

Question 23

Noem de 4 belangrijke reactiemechanismen die door enzymen gebruikt worden om het hele metabolisme regelen.

Answer 23

• Covalente katalyse
• Generale zuur-base katalyse
• Metaal ion katalyse
• Katalyse door benadering en oriëntatie

Question 24

Wat is covalente katalyse?

Answer 24

Bij covalente katalyse bevat de actieve plaats een reactieve groep, meestal een krachtige nucleofiel die tijdens de katalyse tijdelijk covalent wordt gewijzigd. Het proteolytische enzym chymotrypsine is een uitstekend voorbeeld van dit mechanisme.

Question 25

Wat is generale zuur-base katalyse?

Answer 25

In algemene zuur-basekatalyse speelt een ander molecuul dan water de rol van protonendonor of -acceptor. Chymotrypsine gebruikt een histidineresidu als base-katalysator om de nucleofiele kracht van serine te versterken.

Question 26

Wat is metaal ion katalyse?

Answer 26

Metaalionen kunnen op verschillende manieren katalytisch werken. Een metaalion kan bijvoorbeeld dienen als een elektrofiele katalysator, die een negatieve lading op een reactie-intermediair stabiliseert. Ook kan een metaalion een nucleofiel genereren door de zuurgraad van een nabijgelegen molecuul, zoals water, te verhogen. Tenslotte kan een metaalion zich binden aan het substraat, waardoor het aantal interacties met het enzym en dus de bindingsenergie toeneemt. Metaalionen zijn noodzakelijke cofactoren voor veel van de enzymen die we tijdens onze studie van de biochemie zullen tegenkomen.

Question 27

Wat is katalyse door benadering en oriëntatie?

Answer 27

Veel reacties omvatten twee verschillende substraten. In dergelijke gevallen kan de reactiesnelheid aanzienlijk worden verhoogd door de twee substraten in de nabijheid en in de juiste oriëntatie te brengen op één enkel bindingsoppervlak van een enzym.

Question 28

Wat is een nucleofiel?

Answer 28

Een chemicalie dat aangetrokken is tot positieve ladingen in andere moleculen. Een nucleofiel is betrokken in een chemische reactie door het doneren van electoren aan een andere chemicalie, genaamd het electrofiel.

Question 29

Wat is bindingsenergie?

Answer 29

The vrije energie die vrij komt tijdens de formatie van de zwakke interacties tussen enzym en substraat dat de formatie van de overgangstoestand helpt.

Question 30

Wat is eiwit-fosforylering?

Answer 30

Het binden van een fosfaatgroep aan een eiwit

Question 31

Waarvoor worden allostere regulering en regulering door fosforylering gebruikt?

Answer 31

Question 32

Hoe wordt eiwit-fosforylering gebruikt voor de regeling van enzymen?

Answer 32

Covalente binding van fosfaatgroep aan eiwit kan allosterere vorm (=conformatie) verandering geven die activiteit van enzym verandert.

Question 33

Wat voor invloed heeft de temperatuur op de werking van een enzym?

Answer 33

Voor de meeste enzymen geldt dat een verhoging van de temperatuur leidt tot een verhoogde kans op interactie tussen substraat en enzym, en zo dus de activiteit van het enzym verhoogd. Als de temperatuur te hoog wordt denatureert het enzym.

Question 34

Hoe kan het effect van een competitieve remmer op een enzym overwonnen worden?

Answer 34

Door de concentratie van het substraat te verhogen

Question 35

Wat doet een niet-competitieve remmer?

Answer 35

Die verlaagt V_max, terwijl de K_m gelijk blijft. Dit komt omdat de remmer de concentratie van het functionele enzym verminderd, omdat het de vorm van het enzym veranderd door aan een ander centrum dan het actieve centrum te binden.

Question 36

Wat doet een competitieve remmer met de lijngrafiek van de kinetiek?

Answer 36

Question 37

Wat doet een niet-competitieve remmer met de lijngrafiek van de kinetiek?

Answer 37

Question 38

Wat doet een competitieve remmer?

Answer 38

Een competitieve remmer komt overeen met de vorm van het substraat en bindt aan het actieve centrum van een enzym. De remmer verlaagt de maximale reactiesnelheid niet.